Fragmentierung kohäsiver Reibungsmaterialien mit diskretem Partikelmodell

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Ekkehard Ramm
• Subject Area: Applied Mechanics, Statics and Dynamics
• Term: from 2006 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 24921598

Der Antrag zielt auf die Modellierung des Bruchverhaltens kohäsiver Reibungsmaterialien, vorwiegend unter dynamischer Beanspruchung. Diese Materialien zeichnen sich durch eine Kombination von sprödem und duktilem Verhalten aus. Hierzu wird ein der Molekulardynamik entlehntes Modell mit polygonalen Partikeln eingesetzt, die über ein nichtlineares Interface und Kontakt miteinander agieren. Im Gegensatz zu losen granularen Medien liegt hier zunächst ein heterogener Festkörper vor, dessen Verband sich im Verlauf zunehmender quasistatischer oder dynamischer Beanspruchung durch Rissbildung auflöst. Im Besonderen soll sich das Projekt mit dem Zerfall von Beton unter hochdynamischer Einwirkung infolge von Detonationen (¿ Blast¿) und vorgespanntem Sicherheitsglas bei Schädigung und damit Störung des Eigenspannungszustandes befassen. Bei dem Vorhaben handelt es sich um einen Neuantrag, der allerdings auf den umfangreichen Vorarbeiten aus der DFG-Forschergruppe FOR 326 aufbaut (D¿Addetta et al. 2002a, D¿Addetta et al. 2004, D¿Addetta 2004, Ehlers et al. 2003, Kuhl et al. 2000a, Kun et al. 1999, Ramm et al. 2003, Vermeer et al. 2004) (siehe zusammenfassende Darstellung des dort erreichten Zustands im Abschnitt 3.1.1). Das Partikelmodell soll in mehrfacher Hinsicht modifiziert und erweitert werden. Hierzu gehören kleine Konzeptexperimente mit Modellmaterialien, die Verfeinerung der abgebildeten Mikrostruktur, die Erweiterung um das dynamische Materialverhalten (Rateneffekt, Schockwellen, Verfestigung nach Hugoniot) und der Einbau von Vorspannungszuständen mit einem Schichtmodell über die Dicke. Ferner ist die spezielle Ausrichtung auf die beiden Zielmaterialien ¿ Beton¿ und ¿ Glas¿ vorzunehmen. Im Vorprojekt konnten durch die Homogenisierung der diskreten Variablen an Kontrollvolumen (¿RVE¿) bemerkenswerte Ähnlichkeiten mit erweiterten Kontinuumstheorien (mikropolar bzw. gradientenerweitert) festgestellt werden. Es soll geprüft werden, ob die Arbeiten für eine Gradientenerweiterung fortgesetzt werden, um eine direkte Ableitung kontinuumsmechanischer Größen aus den homogenisierten diskreten Größen zu ermöglichen. Es sei weiterhin erwähnt, dass die Erweiterung auf ein dreidimensionales Modell äußerst wünschenswert ist, der beträchtliche Aufwand aber zunächst abgeschätzt werden soll. Die beiden letzten Punkte stehen lediglich als optionale Prüfposten auf dem Programm, um das Projekt nicht zu überladen.

• DFG Programme: Research Grants